CRISPR的基因治療，張鋒沒回國，中國居然遙遙領先於美國，是喜還是憂？腫瘤患者和家屬望眼欲穿 倫理關難過

編者按：CRISPR，俗稱魔剪，能夠在分子水平對基因進行編輯，顯然把各種異常的基因修理成正常的基因對於疾病的治療有非常重大的意義。但剪刀能不能亂剪？剪錯一刀會不會導致不可挽回的問題？但是怕剪出毛病，是不是就不讓剪？剪還是不剪？中國下刀快~小編對文中的觀點略持保留態度，在做腫瘤自媒體過程中，有太多太多的患者和家屬覺得等得太久了，我們的科學家是不是可以再快一點，再快一點~

圖片來自geneticliteracyproject.org

基因治療，中國已領先美國。是技術領先？還是監管鬆懈所以容易？

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基於CRISPR的基因治療，在中國已進入臨床

2012年，來自美國和奧地利的科學家共同改進了CRISPR-Cas9系統，並在其發表的研究論文中預示：CRISPR可作為一種高效而特異的RNA介導的基因編輯工具1。2013年，張鋒等人利用CRISPR進行哺乳動物細胞的基因編輯，開啟了CRISPR作為可編程的基因編輯工具的新紀元2,3,4。

不過，作為CRISPR技術的領先者，美國尚未批准將其應用於人體試驗，而中國對此的監管限制較少，從而成為第一個將CRISPR用於人體試驗的國家。

2016年7月，四川大學華西醫院腫瘤學教授盧鈾團隊宣布將開展「全球第一例」CRISPR–Cas9基因編輯人體臨床試驗，同年10月28日，首名癌症患者接受了經CRISPR技術改造的T細胞治療5；後來又有報道稱，早在2015年，位於安徽合肥的解放軍第105醫院就已經開始了CRISPR人體試驗。

美國入局並不晚，但FDA嚴密把住關口

2017年3月，杭州市腫瘤醫院院長吳式琇也開始嘗試利用基因編輯技術治療癌症患者。1月21日，美國《華爾街日報》（Wall Street Journal）發表長文，評論了中國率先開始基因編輯人體試驗之舉，其中對吳式琇的試驗進行了報道6。

?杭州市腫瘤醫院CRISPR臨床試驗的領銜人吳式琇醫生圖片來源：杭州市腫瘤醫院

根據介紹，吳式琇的團隊抽取食管癌患者的血液標本，通過高鐵將其運送到安徽柯頓生物科技有限公司實驗室，運用CRISPR技術將血液里的免疫細胞中影響腫瘤殺傷作用的基因刪除，再將其回輸入患者體內，希望被修飾過免疫細胞能夠殺死腫瘤細胞，從而達到治療目的。

此次試驗由杭州市腫瘤醫院的倫理委員會（Ethics Committee）審核通過，其成員由醫院任命，包括該院幾名醫生、一名律師和一名患者。委員會只用一下午就批准了試驗，而因為我國衛計委已授權各醫院倫理委員會對臨床試驗進行審核並評估風險，吳式琇無需再通過衛計委相關部門的審核。

相比之下，美國計劃開展基因編輯人體試驗的時間其實並不算晚，但審核流程卻更為嚴格。研究人員必須首先獲得美國食品藥品監督管理局（FDA）批准，才能進行人體試驗。

為獲得所在醫院人體試驗評估委員會（類似於我國倫理委員會）和FDA批准，美國首個基因編輯人體試驗的主要負責人、賓夕法尼亞大學CRISPR研究團隊首席科學家Carl June，在2016年首先嘗試獲得美國國立衛生研究院（NIH）顧問委員會的評估。委員會對其提出了一系列要求，例如將實驗描述為「基因轉移（gene transfer）」而非「基因治療（gene therapy）」，確保患者知曉這只是一項試驗而非治療，進行各種測試觀察CRISPR的脫靶現象等。雖然最終得到了NIH的批准，June的團隊又花了一年時間與FDA討論，向其提供信息並答疑解惑。

據悉，目前他們正在等待FDA的最終審批，預計最早於本月獲批。

?賓夕法尼亞大學CRISPR研究團隊首席科學家Carl June 來源：Penn Medicine

然而這並不是結束，即使試驗開始，賓大仍將面臨比吳式琇更多更嚴格的標準。

是美國的做法保守，還是中國太激進?

在受試者知情同意方面，賓大研究人員必須使用由FDA和醫院評估委員會審核通過的知情同意書，而吳式琇的同意書只簡略提到了基因工程，也並未向患者詳細說明其使用的只是試驗性工具。柯頓生物科技的相關人員稱，中國患者也會簽署同意書，但基本上是聽醫生的。

對於試驗過程中出現的死亡等嚴重不良事件，FDA發言人表示，無論死亡是否與試驗相關，試驗開展方都必須上報FDA，而我國衛計委則要求研究人員向醫院倫理委員會報告不良事件。目前，吳式琇的試驗已有7例死亡病例，而他表示，患者死亡由其所患疾病所致，與試驗本身無關，因此無需上報。

此外，新葯I期臨床試驗的主要目的之一是初步評估藥物的人體安全性。June稱，賓大將先在一位患者身上測試CRISPR，等待一個月確保未發生不良反應後再在另兩位患者身上測試。吳式琇則認為，挽救患者生命是最重要的，目前他已編輯了10餘位癌症患者的基因，未來計劃在更多患者身上進行測試。

目前，美國國家醫學圖書館資料庫已經記錄了中國的9次試驗，而實際數字可能不止如此。

中國正力爭使國內產業走上國際舞台，基因編輯更是被列入2016年制定的國家五年計劃中。June也表示，在將CRISPR等西方國家開創的醫療技術加以應用方面，中國可能超過美國，美國將來可能失去在生物醫藥領域的領先位置；「中美之間關於CRISPR的對壘，也許會觸發20世紀50年代時美蘇航天技術競賽那樣的生物競賽，而這次將會是2.0版本。」

對此，《華爾街日報》評論道，雖然各國對於人體試驗的政策可能存在差異，但中國敢為人先的嘗試著實讓西方科學家對這一全新工具的安全性感到擔憂，他們並不認為美國應該放鬆對這方面的監管。芝加哥大學神學院（Universityof Chicago Divinity School）院長、生物倫理學家Laurie Zoloth接受採訪時也說道，希望各國制定統一標準，共享試驗結果和倫理準則。

在基因編輯這一尚未成熟的領域，目前還較難在快速推進與保證安全性之間找到理想的平衡點。近日，斯坦福大學Matthew H. Porteus教授團隊發現，在大部分人體內原本就存在針對Cas9蛋白的體液免疫和細胞免疫，CRISPR-Cas9技術在人體中應用有可能引發嚴重的免疫反應7。

吳式琇同意CRISPR技術是一把雙刃劍，但他同時說道，當別人更多關注潛在風險時，他們看到的是潛在療效。生死一線的晚期癌症患者無法讓他將時間過多用在各種測試上，「如果不嘗試一下，就永遠無法知道結果。」

在解放軍105醫院和此次杭州市腫瘤醫院的試驗中，相關人員均表示部分患者的病情有所緩解，但截止到目前，我國各項基因編輯人體試驗尚未公布其結果。《知識分子》也將持續關注這個話題。

參考文獻

1. Martin Jinek et al. A Programmable Dual-RNA–GuidedDNA Endonuclease in Adaptive Bacterial Immunity. Science. 337, 816(2012).

2. Le Cong et al. Multiplex genome engineeringusing CRISPR/Cas systems. Science.339 (6121), 819-823(2013).

3. Prashant Mali et al. RNA-Guided Human GenomeEngineering via Cas9. Science.339 (6121), 823-826(2013).

4. Martin Jinek etal. RNA-programmed genome editing in human cells. eLife. 2(2013).

5. DavidCyranoski. First trial of CRISPR in people: Chinese team approved to testgene-edited cells in people with lung cancer. Nature. 7(2016).

6. Preetika Rana et al. China, Unhampered by Rules, RacesAhead in Gene-Editing Trials. WSJ. (2018)

https://www.wsj.com/articles/china-unhampered-by-rules-races-ahead-in-gene-editing-trials-1516562360

7. https://www.biorxiv.org/content/early/2018/01/05/243345.

CRISPR

CRISPR（Clustered regularly interspaced short palindromic repeats）是生命進化歷史上，細菌和病毒進行鬥爭產生的免疫武器，簡單說就是病毒能把自己的基因整合到細菌，利用細菌的細胞工具為自己的基因複製服務，細菌為了將病毒的外來入侵基因清除，進化出CRISPR系統，利用這個系統，細菌可以不動聲色地把病毒基因從自己的染色體上切除，這是細菌特有的免疫系統。微生物學家10年前就掌握了細菌擁有多種切除外來病毒基因的免疫功能，其中比較典型的模式是依靠一個複合物，該複合物能在一段RNA指導下，定向尋找目標DNA序列，然後將該序列進行切除。許多細菌免疫複合物都相對複雜，其中科學家掌握了對一種蛋白Cas9的操作技術，並先後對多種目標細胞DNA進行切除。這種技術被稱為CRISPR/Cas9基因編輯系統，迅速成為生命科學最熱門的技術。

CRISPR是生物科學領域的遊戲規則改變者，這種突破性的技術通過一種名叫Cas9的特殊編程的酶發現、切除並取代DNA的特定部分。這種技術的影響極其深遠，從改變老鼠皮毛的顏色到設計不傳播瘧疾的蚊子和抗蟲害作物，再到修正鐮狀細胞性貧血等各類遺傳疾病等等。

自2012年以來，研究人員常用一種叫做CRISPR的強大「基因組編輯」技術對生物的DNA序列進行修剪、切斷、替換或添加。最近，美國約翰·霍普金斯大學醫學院的科學家證明，這一系統還能精確有效地改變人類的幹細胞。研究人員指出，這一發現簡化了對誘導多能幹細胞（iPSCs）的修改和定製，有望更快在治療上取得成果，開發出用於疾病研究和藥物測試的模型系統。相關論文在線發表於最近的《分子治療》上。

CRISPR來自微生物的免疫系統，這種工程編輯系統利用一種酶，能把一段作為引導工具的小RNA切入DNA，就能在此處切斷或做其他改變。以往研究表明，通過這些介入，CRISPR能使基因組更有效地產生變化或突變，效率比TALEN（轉錄激活因子類感受器核酸酶）等其他基因編輯技術更高。但最近研究發現，雖然CRISPR有許多優點，在人類癌細胞系列中，它也可能產生大量「誤傷目標」，尤其是對不希望改變的基因做修改。

2015年1月6日，為了研究這種副作用在人類其他細胞中是否也存在，研究小組用CRISPR和TALEN兩種系統在人類的iPSCs中進行實驗，讓它們在iPSCs中切下已知的基因片段，或切掉後再換上其他的。

他們用JAK2、SERPINA1和AAVS1基因作為模型，JAK2基因變異會導致骨髓紊亂，真性紅細胞增多症；SERPINA1基因變異會導致alpha1-抗胰蛋白酶缺乏，這是一種遺傳性紊亂，會造成肺和肝臟疾病；而AAVS1最近發現是人類基因組中的「安全港」，可以插入外來基因。

通過比較發現，在這三個基因系統中，如果只是簡單地切掉部分基因，CRISPR系統明顯比TALEN更有效，產生的剪切是後者的100倍；而在做基因替代操作時，如替代JAK2和SERPINA1中的致病變異，CRISPR和TALEN的效率相當。

研究人員還指出，與人類癌細胞系研究不同的是，無論CRISPR還是TALEN，在人類iPSCs中同樣都有著目標特異性，即只瞄準那些為它們設定的目標基因。他們還發現，CRISPR系統比TALEN更有優勢：CRISPR可以設計成只瞄準病人體內含有變異的基因，而不影響健康基因，即隻影響某個基因的一個副本。這些成果與以往的幹細胞研究成果結合，使CRISPR成為一種有用的人類iPSCs基因剪輯工具，其偏離目標的風險更小。

約翰·霍普金斯大學醫學院導師葉朝輝（音譯）說，他們的研究詳細說明了如何將CRISPR技術用於人類iPSCs，展現了該技術在這類細胞中的潛力。「幹細胞技術正在迅速發展。我們認為，將iPSCs用於人類治療的日子已經不遠。」

中國一直處在CRISPR研究的最前沿。2014年，南京大學的研究人員宣布成功創造出定向突變的基因工程猴，這是有記錄以來首次在非人類靈長目動物身上成功使用此項技術。

2016年8月，四川大學華西醫院腫瘤學家盧鈾率領的一個中國科學家團隊將開展全球首例對人體使用革命性基因編輯技術CRISPR的試驗。

該團隊計劃於2016年8月開始在肺癌患者身上測試經過CRISPR技術編輯的細胞。這些研究人員計劃招募一批轉移性非小細胞肺癌患者，對他們來說，化療和放療等其他選擇都已失敗。他們將從患者血液中提取免疫細胞，利用CRISPR加入一個幫助免疫系統定向清除腫瘤的新基因序列，然後再把這些細胞注入患者的血液。

美國已經批准一個由技術大亨肖恩·帕克支持的研究團隊開展CRISPR人類測試。如果四川大學的研究今年8月如期啟動，那麼它將超越美國成為世界首例CRISPR人類測試。

需要指出的是，四川大學開展的試驗不編輯基因種系，其影響不會被遺傳。

CRISPR正在生物醫學研究領域引起一場巨變。不像其他基因編輯手段，它使用起來廉價、迅速且簡單，並因此席捲全球實驗室。研究人員希望利用它調整人類基因以消除疾病，創造生命力更加頑強的植物，並且消滅病原體。

長久以來，生物學家一直在利用分子工具編輯基因組。他們因一種有望精確且高效地編輯基因、被稱為鋅指核酸酶的酶而興奮不已。不過，需要花費5000多美元才能訂購到的鋅指並未被普遍採用，因為它們很難進行基因改造且花費頗高。CRISPR卻大不相同：它依靠一種利用引導性RNA分子將其導向目標DNA、被稱為Cas9的酶，然後編輯DNA以擾亂基因或插入想要的序列。通常，研究人員需要訂購的只是RNA片段，其他成分都是現成的。全部花費只有30美元。這使得該技術走向大眾化，因此每個人都在使用它。這的確是一場巨大的革命。

CRISPR方法正快速超越鋅指核酸酶和其他編輯工具。對一些研究人員來說，這意味著要放棄曾花費數年來完善的技術。研究人員傳統上嚴重依賴諸如小鼠、果蠅等模式生物。CRISPR使在更多生物體中編輯基因成為可能。

編輯人類基因的想法往往引發爭議。英國禁止進行人體基因編輯。英國納菲爾德生物倫理學協會副秘書長彼得·米爾斯向本報表達了對扮演上帝和「定製嬰兒」的擔憂。

一項對不能成活的人類胚胎開展的研究（在中國進行）因研究人員發現他們在臨床環境下使用這種技術面臨「嚴重障礙」而被叫停。

此外，在2015年3月，一個研究小組在《自然》雜誌發表公開信，提出「嚴重擔憂」編輯人類基因「種系」產生的道德和安全影響。

張鋒

張鋒，男，1982年出生於河北石家莊，美國麻省理工學院博士，是當今最為人所關注的華人生物學家之一。他最著名的工作是基因修飾技術CRISPR-Cas9的發展和應用，率先獲得了美國專利，並被視為諾貝爾獎的熱門人選之一 [1] 。

2016年9月21日，入選引文桂冠獎化學領域的獲獎名單 [2] 。2017年晉陞為美國麻省理工學院理學院終身教授 [3] [4] 。2017年8月15日，張鋒獲阿爾伯尼生物醫學獎，成為歷史上第二名獲得此獎項的華人學者。 [5]

2018年當選美國科學院院士。 [6]

張鋒1982年出生於中國河北石家莊，1993年隨父母移民美國愛荷華州得梅因市。1994年，他12歲的時候，在一堂禮拜六的分子生物學課上觀看了電影《侏羅紀公園》。老師觀察到他對恐龍及生物工程表現出超乎尋常的興奮和興趣。不久以後，這位老師幫張鋒在當地的人類基因治療研究機構找到了一份志願者的工作。從此以後，張鋒每天放學以後都會到實驗室來參與一些分子生物學的工作。

當時，他的實驗室導師經常提出的一些「瘋狂的點子」，例如綠色熒光蛋白（GFP）能夠吸收紫外線，因此可以用作防晒霜。而當張鋒將GFP厚厚地塗在一層DNA之上時，他發現GFP真的能夠防止DNA受到紫外線的損傷。這段經歷加深了他在生物學方面的興趣，而中學時代參與的一些科研項目也幫他贏得了很多科學活動的大獎，特別是在2000年的Intel Science Talent Search，張鋒獲得第三名。要知道這項享有盛譽的科學大賽起源於1942年，已經有8名獲獎者後來榮獲諾貝爾獎，其中就包括錢學森的堂侄，加州大學聖地亞哥分校的錢永健教授（見圖），在1968年15歲時獲得Intel ScienceTalent Search獎。

高中以後張鋒順利考取了哈佛化學及物理專業。他後來解釋為什麼選擇這個專業而不是他已經有所成就的分子生物學。雖然分子生物學每天都有令人振奮的新進展，物理和化學的基本原理卻是比較穩定的，他想要打好基礎，讓自己在今後的學術道路具有堅固的基石。在哈佛大學的本科學習期間，他受到庄曉薇的賞識，進入了她的實驗室。

2004年，張鋒來到斯坦福大學申請就讀研究生。他原本想要拜訪諾獎得主朱棣文（StevenChu），卻陰差陽錯地碰到了剛剛擁有自己實驗室的Karl Deisseroth。經過短暫溝通之後，Zhang對Deisseroth的課題非常感興趣，Deisseroth也對張鋒在化學和物理方面的堅實基礎留下了深刻印象，他儘力說服張鋒加入在自己新建的實驗室。他們的合作促成了一個全新的領域，也就是大名鼎鼎的光遺傳技術（optogenetics），利用光學刺激和來自水藻的光敏感蛋白精密控制大腦神經元活動。這為最終理解大腦如何工作，如何產生意識和情感，又如何在神經退行性疾病中發生故障提供了阿拉丁神燈一般的強有力工具，也使得他們在腦科學（brainscience）的發展史上深深地刻下了自己的名字，並因此榮獲了2012Perl-UNCNeurosciencePrize和2014AlanT.WatermanAward。

在遺傳學和神經科學領域，張鋒對兩種革命性技術的發展做出了重要貢獻。當他還是研究生時，他是光遺傳學研究團隊里的關鍵成員之一。

這一團隊開發出了利用光激活大腦神經元的技術，使科學家搞清哪些神經迴路控制了哪些行為，並尋找到精神分裂症和雙相情感障礙等精神疾病產生的根源。

僅僅幾年之後，張鋒做出了另一項讓他躋身於世界頂尖生物學家的工作：如何快速、簡便且有效地編輯植物和動物、包括人類在內的的基因組。

2016年9月21日，湯森路透旗下的知識產權與科技事業部發布其2016年引文桂冠獎（Citation Laureates）名單，預測在2016年或不久的將來有望獲得諾貝爾獎的科研精英。麻省理工學院的華裔科學家張鋒教授因其在老鼠和人類細胞中應用CRISPR-cas9基因編輯技術獲此殊榮。 [2]

2017年8月15日，張鋒獲阿爾伯尼生物醫學獎，成為歷史上第二名獲得此獎項的華人學者。 [5]

2018年當選美國科學院院士。 [6]

張鋒主要研究領域為神經系統功能與疾病。他在自然微生物CRISPR系統用於真核細胞(包括人類細胞)的基因編輯工具開發方面做出了最前沿的探索。通過CRISPR及其他方法，張鋒深入研究了基因和遺傳機制與各種疾病的關聯，尤其是在神經系統紊亂方面。 [7]

專利之爭

2016年1月，國際基因測序先驅埃里克·蘭德（Eric Lander）在國際學術期刊《細胞》（Cell）發表綜述文章，總結CRISPR技術的發展歷程，並認為在張鋒利用CRISPR在真核細胞生物實現基因編輯之後，CRISPR技術帶來了「暴風驟雨般的改變」

2011年9月16日，美國總統奧巴馬簽署批准美國發明法案，正式確定了美國專利法系統於2013年3月16日轉向誰先申請誰獲得專利的系統。

2012年5月25日，加州大學伯克利分校向美國專利與商標局提交了與CRISPR相關的專利申請。同年12月12日，張鋒與博德研究所也向美國專利與商標局提交了申請，申請對象是在哺乳動物細胞的基因組上進行CRISPR-Cas9基因編輯這一方法。

2012年6月，杜德納和其合作夥伴卡彭蒂耶報告可以在試管中使用CRISPR-Cas9切割DNA的任意位置。2013年3月15日，杜德納向美國專利與商標局提交了CRISPR相關專利的申請。

2014年4月15日，美國專利與商標局將與CRISPR相關的第一項專利授予麻省理工學院和博德研究所。截止到去年11月，張鋒實驗室以及博德研究所關於CRISPR-Cas9的相關專利在美國已經有14個被批准，在歐洲也有4個已經被批准。

2015年4月，在經過精心的準備之後，加州大學伯克利分校要求美國專利與商標局啟動干預程序，重新審核CRISPR相關專利的歸屬。 [1]

郵件曝光

2015年2月28日，林帥亮在發給杜德娜的郵件，主題為「博德研究所的CRISPR專利以及申請貴實驗室的職位」。

2011年10月，林帥亮在張峰實驗室工作，當時是實驗室中唯一一個著手研究CRISPR的人，而其他人都埋頭於上一代的基因編輯技術TALEN。

2011年10月至2012年6月，林帥亮在張鋒實驗室期間，正是張鋒證明自己率先在人類細胞上進行CRISPR基因編輯的關鍵時期。2012年6月，因為母親的手術和國內的博士學位，他選擇回國。

2012年6月，杜德娜和她的合作者瑞典于默奧大學的埃馬紐埃爾·卡彭蒂耶（Emmanuelle Charpentier）在線發表了關於利用原核生物的CRISPR系統在體外編輯試管中的DNA的論文。

2013年以前，美國的專利歸屬實行的是先發明制度，誰更早地發現CRISPR，誰就獲得專利歸屬。 [8]

郵件回應

博德研究所的發言人Lee McGuire在該研究所官網發文回應。文中對林帥亮當時在張鋒實驗室時的情況進行介紹，提到說，林帥亮是在張鋒的指導下進行了CRISPR研究，並表示，大量證據顯示，林帥亮的指控是錯誤的。

2011年8月，張鋒向其介紹了Cas9在基因編輯方面相關方面信息；2011年10月他向其解釋tracrRNA在crRNA二聚體裝載在Cas9過程中的重要性等；2011年11月，他承認由於未能完全遵循張鋒等人設計的實驗計劃操作而導致了部分實驗的失敗。

針對專利的歸屬質疑，Lee McGuire反駁道，大量例子表明，在2011年初，杜德娜發表論文之前，張峰團隊就已經成功設計出了在真核基因組上的CRISPR-Cas9系統。

2011年10月至2012月6月，在張峰實驗室時，林帥亮的身份是北京大學、清華大學和北京生命科學研究所聯合培養項目的博士生，經北京大學教授饒毅推薦，進入張峰實驗室。離開博德研究所後，林帥亮在哈佛大學生物學家Norbert Perrimon實驗室工作。

2012年12月，張鋒和博德研究所的CRISPR專利申請名單中，林帥亮在列。

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